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叢書(shū)名：國(guó)家級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)成果教材，化學(xué)工業(yè)出版社“十四五”普通高等教育規(guī)劃教材
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- 作者：孫春文 編著
- 出版時(shí)間：2025/11/1
- ISBN：9787122488152
- 出 版 社：化學(xué)工業(yè)出版社
- 中圖法分類(lèi)：O646
- 頁(yè)碼：294
- 紙張：
- 版次：01
- 開(kāi)本：小16開(kāi)
《應(yīng)用電化學(xué)》是電化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)教材，介紹了電化學(xué)發(fā)展歷史和電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀以及電化學(xué)理論基礎(chǔ)（包括電化學(xué)體系構(gòu)成、電化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等）、研究方法（包括各種常見(jiàn)的電化學(xué)測(cè)試方法）、電催化過(guò)程（包括氫電極反應(yīng)、氧電極反應(yīng)、有機(jī)反應(yīng)的電催化氧化、CO2電還原、電化學(xué)合成氨）與應(yīng)用實(shí)踐（化學(xué)電源、金屬表面精飾、無(wú)機(jī)物電解、有機(jī)電解合成、電化學(xué)傳感器和電化學(xué)腐蝕與防護(hù)），構(gòu)建了完整的應(yīng)用電化學(xué)知識(shí)體系。書(shū)中內(nèi)容深入淺出、圖文并茂，且注重理論聯(lián)系實(shí)際，并融入科研項(xiàng)目的研究成果以及相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際前沿研究進(jìn)展，反映了電化學(xué)學(xué)科在服務(wù)國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要作用。
本書(shū)既適合作為高等院校儲(chǔ)能科學(xué)與工程、氫能科學(xué)與工程、新能源科學(xué)與工程、碳儲(chǔ)科學(xué)與工程等專(zhuān)業(yè)的電化學(xué)課程教材，也適合化學(xué)工業(yè)、冶金、能源、環(huán)境保護(hù)、機(jī)械制造等領(lǐng)域從事與電化學(xué)相關(guān)工作的科技人員參考使用。
孫春文，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，科技部中國(guó)-西班牙能源材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任，儲(chǔ)能材料與器件實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人。2006年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院物理研究所，獲理學(xué)博士學(xué)位，導(dǎo)師陳立泉院士。畢業(yè)后先后在德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)物理系、加拿大國(guó)家研究院燃料電池創(chuàng)新研究所、美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校材料研究所任博士后（合作導(dǎo)師JohnBGoodenough教授，美國(guó)兩院院士，2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主）和助理研究員；2011年入選中科院物理所引進(jìn)國(guó)外杰出人才計(jì)劃，回到中科院物理研究所清潔能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任副研究員；2015年被中國(guó)科學(xué)院大學(xué)北京納米能源與系統(tǒng)研究所引進(jìn)，任研究員、博士生導(dǎo)師、課題組組長(zhǎng)、所學(xué)術(shù)委員會(huì)委員；2021年3月以高層次人才被中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）引進(jìn)到化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院工作。近年來(lái)，研究工作主要集中在納米結(jié)構(gòu)材料的合成、表征及其在能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)器件中的應(yīng)用（鋰/鈉離子電池，全固態(tài)電池，金屬空氣電池，燃料電池）。已在JACS,Energy&Environ.Sci.,Adv.Mater.,Adv.EnergyMater.,Adv.Funct.Mater.,ACSNano等國(guó)際重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文180篇，引用超過(guò)17200次（GoogleScholar），16篇ESI高被引和熱點(diǎn)論文，39篇論文他引超過(guò)100次，單篇zui高引用1531次；申請(qǐng)25項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，19項(xiàng)已獲授權(quán)。應(yīng)邀編寫(xiě)英文專(zhuān)著2本，6章節(jié)，中文專(zhuān)著2章節(jié)。 作為負(fù)責(zé)人，目前主持在研國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目1項(xiàng)，承擔(dān)企業(yè)委托橫向課題2項(xiàng)，國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金2項(xiàng)；主持并已結(jié)題國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目1項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目3項(xiàng)，結(jié)題國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)。所獲獎(jiǎng)項(xiàng)和榮譽(yù)：2011年中科院物理所引進(jìn)國(guó)外杰出人才計(jì)劃入選者，2013年獲得軍隊(duì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2014年英國(guó)huangjia化學(xué)會(huì)（RSC）Top1%高被引作者，2017年獲得國(guó)際先進(jìn)材料協(xié)會(huì)（IAAM）科學(xué)家獎(jiǎng)（瑞典），連續(xù)六年入選愛(ài)思唯爾(Elsevier)材料科學(xué)領(lǐng)域（2018，2019）和化學(xué)領(lǐng)域（2020~2023）中國(guó)高被引學(xué)者，2020年獲中國(guó)物理學(xué)會(huì)年度zui有影響論文獎(jiǎng)，2021-2022年Wiley高被引作者，2022年北京市普通高校優(yōu)秀本科生畢業(yè)論文優(yōu)秀指導(dǎo)教師，2023年全國(guó)石油和化工教育優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)，連續(xù)多年入選美國(guó)斯坦福大學(xué)發(fā)布的全球前2%dingjian科學(xué)家職業(yè)生涯影響力榜單和全球前2%dingjian科學(xué)家年度影響力榜單，被聘請(qǐng)擔(dān)任全球能源獎(jiǎng)（TheGlobalEnergyPrize，俄羅斯）評(píng)審人（2020~2023）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”、“儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)”、“稀土新材料”、“高端功能與智能材料”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)、戰(zhàn)略性國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)以及以色列、智利、香港和澳門(mén)等項(xiàng)目評(píng)審人。
第1章 緒論 1
1.1電化學(xué)的形成與發(fā)展 1
1.2電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域 3
1.3電化學(xué)測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 10
參考文獻(xiàn) 11
第2章 電化學(xué)理論基礎(chǔ) 12
2.1導(dǎo)體和電化學(xué)體系 12
2.1.1兩類(lèi)導(dǎo)體 12
2.1.2電化學(xué)體系的基本單元 13
2.2兩類(lèi)電化學(xué)裝置 16
2.3法拉第定律 17
2.4電解質(zhì)溶液與固體電解質(zhì) 18
2.4.1電解質(zhì)的活度 18
2.4.2離子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng) 19
2.4.3離子氛理論 23
2.4.4固體電解質(zhì) 24
2.5電化學(xué)熱力學(xué) 27
2.5.1相間電勢(shì)與可逆電池 27
2.5.2電極電勢(shì) 31
2.5.3液體接界電勢(shì) 35
2.6非法拉第過(guò)程及電極/溶液界面的性能 35
2.6.1電極的電容和電荷 36
2.6.2雙電層理論 36
2.6.3零電荷電勢(shì)與表面吸附 39
2.7電化學(xué)動(dòng)力學(xué) 40
2.7.1電極反應(yīng)種類(lèi) 40
2.7.2不可逆的電極過(guò)程 41
2.7.3電極極化及影響電極反應(yīng)速率的因素 42
2.7.4穩(wěn)態(tài)極化電流通過(guò)時(shí)的動(dòng)力學(xué)公式 44
2.7.5雙電層結(jié)構(gòu)對(duì)電子轉(zhuǎn)移步驟反應(yīng)速率的影響 48
2.8物質(zhì)傳遞控制反應(yīng) 48
2.8.1物質(zhì)傳遞的形式 48
2.8.2穩(wěn)態(tài)物質(zhì)的傳遞 49
思考題 51
參考文獻(xiàn) 51
第3章 電化學(xué)研究方法 52
3.1穩(wěn)態(tài)和暫態(tài) 52
3.2三電極體系與電流、電位的測(cè)定 53
3.2.1三電極體系 53
3.2.2電流與電極電位的測(cè)量 54
3.3線性電位掃描法 56
3.3.1單程線性電位掃描法 58
3.3.2循環(huán)伏安法 58
3.4單電勢(shì)階躍法 61
3.5恒電流法 62
3.6恒壓直流極化法 64
3.7恒電流間歇滴定技術(shù)（GITT） 64
3.8電化學(xué)交流阻抗譜 65
3.8.1電工學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 66
3.8.2阻抗復(fù)平面圖 68
3.8.3電化學(xué)體系的等效電路與阻抗譜 69
3.8.4阻抗譜的半圓旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象與常相位元件 72
3.8.5阻抗譜的數(shù)據(jù)處理與解析 72
3.8.6電化學(xué)阻抗譜的應(yīng)用 74
3.9旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極 76
3.10光譜電化學(xué)方法及原位表征技術(shù) 80
思考題 83
參考文獻(xiàn) 83
第4章 電催化過(guò)程 84
4.1電催化原理 84
4.1.1電催化的類(lèi)型及一般原理 84
4.1.2影響電催化性能的因素 86
4.1.3電催化活性描述符 87
4.1.4評(píng)價(jià)電催化性能的方法 89
4.2氫電極反應(yīng)的電催化 91
4.2.1氫還原反應(yīng)的電催化 91
4.2.2氫氧化反應(yīng)的電催化 94
4.3氧電極反應(yīng)的電催化 94
4.3.1氧氣的電催化還原反應(yīng) 95
4.3.2氧析出反應(yīng)的電催化 100
4.4有機(jī)小分子的電催化氧化 101
4.4.1有機(jī)小分子在純金屬電催化劑上的氧化 102
4.4.2有機(jī)小分子在二元或多元金屬電催化劑上的氧化 102
4.4.3有機(jī)小分子在金屬及金屬氧化物催化劑上的氧化 103
4.4.4有機(jī)小分子氧化電催化劑的表征及反應(yīng)機(jī)理探討 103
4.5二氧化碳電還原 105
4.5.1電化學(xué)能源轉(zhuǎn)化概述 105
4.5.2二氧化碳電還原 106
4.5.3影響二氧化碳電還原反應(yīng)性能的因素 108
4.6電化學(xué)合成氨 109
4.6.1電催化NRR工藝概述 109
4.6.2電催化NRR電極反應(yīng)過(guò)程及技術(shù)難點(diǎn) 110
4.6.3電催化NRR性能優(yōu)化措施 112
4.6.4電催化NRR裝置系統(tǒng)的改進(jìn)及優(yōu)化 112
4.6.5商用電化學(xué)合成氨 117
思考題 119
參考文獻(xiàn) 119
第5章 化學(xué)電源 121
5.1概述 121
5.1.1主要術(shù)語(yǔ) 121
5.1.2化學(xué)電源的主要性能 122
5.1.3化學(xué)電源的選擇和應(yīng)用 126
5.2一次電池 129
5.2.1一次電池的通性及應(yīng)用 129
5.2.2堿性鋅錳電池 130
5.2.3其他幾種鋅一次電池 131
5.2.4鋰電池 133
5.3二次電池 135
5.3.1二次電池的一般性質(zhì)及應(yīng)用 135
5.3.2鉛酸蓄電池 136
5.3.3堿性Ni/Cd電池 139
5.3.4氫鎳電池 140
5.3.5鋅離子電池 143
5.3.6鋰離子電池 145
5.3.7鈉離子電池 157
5.3.8固態(tài)電池 162
5.4超級(jí)電容器 166
5.4.1超級(jí)電容器的工作原理 166
5.4.2電容與孔尺寸的關(guān)系 169
5.4.3超級(jí)電容器的自放電 169
5.5燃料電池 170
5.5.1燃料電池的歷史和發(fā)展 170
5.5.2燃料電池的特點(diǎn)和分類(lèi) 171
5.5.3堿性燃料電池 174
5.5.4磷酸燃料電池 175
5.5.5熔融碳酸鹽燃料電池 176
5.5.6質(zhì)子交換膜燃料電池 177
5.5.7固體氧化物燃料電池 183
思考題 189
參考文獻(xiàn) 190
第6章 金屬的表面精飾 192
6.1金屬電沉積 192
6.1.1簡(jiǎn)單金屬離子的還原 192
6.1.2金屬絡(luò)離子的還原 193
6.1.3金屬共沉積原理 194
6.1.4金屬電結(jié)晶動(dòng)力學(xué) 194
6.1.5金屬電沉積過(guò)程中表面活性物質(zhì)的作用 196
6.1.6金屬鋰沉積實(shí)例 197
6.2電鍍 199
6.2.1鍍層的主要性能 199
6.2.2影響鍍層質(zhì)量的因素 200
6.2.3電鍍生產(chǎn)工藝 201
6.2.4幾種典型的電鍍過(guò)程 202
6.2.5電鍍實(shí)例——鐵基上進(jìn)行防護(hù)裝飾性鍍鉻 207
6.3高端電子電鍍 209
6.3.1芯片制造電子電鍍產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 210
6.3.2電鍍工藝在高端制造中的應(yīng)用 211
6.3.3金屬銅電沉積在芯片制造中的應(yīng)用 213
6.3.4焊料凸點(diǎn)電鍍 219
6.4金屬的陽(yáng)極氧化 223
6.4.1金屬陽(yáng)極氧化原理 223
6.4.2鋁的陽(yáng)極氧化 224
6.4.3鈦的陽(yáng)極氧化 226
思考題 227
參考文獻(xiàn) 228
第7章 無(wú)機(jī)物的電解工業(yè) 229
7.1電解合成 229
7.1.1電解合成法的優(yōu)點(diǎn) 229
7.1.2電解合成的缺點(diǎn) 229
7.1.3幾個(gè)重要的基本概念和術(shù)語(yǔ) 230
7.2氯堿工業(yè) 231
7.2.1氯堿電解生產(chǎn)方法 231
7.2.2節(jié)能降耗 235
7.3氯酸鹽和高氯酸鹽的電合成 235
7.3.1氯酸鈉 235
7.3.2高氯酸鹽 236
7.4錳氧化物的電解合成 237
7.4.1二氧化錳 237
7.4.2高錳酸鉀 237
7.5水的電解 238
7.5.1堿性電解水（AWE） 239
7.5.2質(zhì)子交換膜（PEM）電解水 241
7.5.3陰離子交換膜（AEM）電解水 243
7.5.4固體氧化物電解池電解水（SOEC） 244
7.6電化學(xué)冶金 246
7.6.1電解鋁 246
7.6.2電解錳 247
7.6.3電化學(xué)提鋰 247
思考題 250
參考文獻(xiàn) 250
第8章 有機(jī)物的電解合成 251
8.1概述 251
8.2己二腈的電合成 252
8.3電合成尿素 256
8.4電合成乙醇 258
8.5電合成淀粉 260
8.6人工光合作用 260
8.6.1光電催化水分解原理 260
8.6.2Z機(jī)制全解水 262
8.6.3液態(tài)陽(yáng)光 262
8.6.4人造樹(shù)葉——水分解和合成氣生產(chǎn) 263
8.7生物質(zhì)電化學(xué)氧化能源催化反應(yīng)耦合系統(tǒng) 264
8.7.1生物質(zhì)電化學(xué)氧化能源催化反應(yīng)耦合系統(tǒng)的組成與基本原理 264
8.7.2耦合的PEC系統(tǒng)用于增值化學(xué)品生產(chǎn) 265
思考題 267
參考文獻(xiàn) 267
第9章 電化學(xué)傳感器 268
9.1概述 268
9.2氧濃差電化學(xué)傳感器 270
9.3NO電化學(xué)傳感器 273
9.4電化學(xué)生物傳感器 274
9.4.1電化學(xué)生物傳感器的基本原理 274
9.4.2電化學(xué)生物傳感器的電極 275
9.4.3葡萄糖電化學(xué)生物傳感器 276
9.4.4酶?jìng)鞲衅�、微生物傳感器和酶免疫傳感�? 277
思考題 278
參考文獻(xiàn) 278
第10章 電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 280
10.1金屬腐蝕與防護(hù)的意義 280
10.2金屬的電化學(xué)腐蝕 281
10.3腐蝕電池 283
10.4電勢(shì)pH圖及其在金屬防護(hù)中的應(yīng)用 285
10.4.1FeH2O體系的φpH圖的構(gòu)作 285
10.4.2FeH2O體系的φpH圖在金屬防護(hù)上的應(yīng)用 287
10.5金屬的電化學(xué)防腐蝕 290
10.5.1金屬鍍層 290
10.5.2陽(yáng)極保護(hù) 290
10.5.3陰極保護(hù) 291
10.5.4緩蝕劑保護(hù) 292
10.5.5氧化物涂層 292
思考題 293
參考文獻(xiàn) 294
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